專利名稱：一種光流多傳感器和慣導(dǎo)器件信息融合配置方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種光流多傳感器和慣導(dǎo)器件信息融合配置方法，屬于飛行器姿態(tài)、 飛行速度和高度的測量與估計技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
飛行器主要依靠前視雷達(dá)、雷達(dá)高度表和升降速度表來測量離地高度和升降速度，而對于小型飛行器來說，激光測距儀(Laser Rangefinders, LRF)和雷達(dá)都顯得過于笨重。SICKLMS291是一款典型的激光測距儀，一般用于機器人領(lǐng)域，它的質(zhì)量大約是4. 5公斤。用于無人駕駛航空器(Unmanned Aerial Vehicle,UAV)上的最小的合成孔徑雷達(dá)可能是美國圣地亞實驗室(Sandia National Labs)制造的miniSAR，其質(zhì)量約為4 5公斤，這么重的設(shè)備增加了無人機的重量和體積，降低了其續(xù)航能力和帶載能力。光流傳感器質(zhì)量小，只有10克左右，完全被動地接收外部光線，無輻射，相對于雷達(dá)高度計具有質(zhì)量小、隱蔽性好的優(yōu)點，除飛行器的飛行速度、飛行高度、俯仰角速度外，本方法還可以估計出飛行器的攻角、俯仰角、升降速度等其它飛行信息，這些信息有利于幫助無人機完成探測、救災(zāi)等特定飛行任務(wù)。

發(fā)明內(nèi)容
1、目的本發(fā)明的目的是提供一種光流多傳感器和慣導(dǎo)器件信息融合配置方法， 它使用2 4個光流傳感器和一個慣導(dǎo)器件，重量輕、體積小、功耗低，便于在小型飛行器上安裝布置，不對外輻射電磁信號，提高了飛行器的隱蔽性。2、技術(shù)方案昆蟲在移動時，周圍環(huán)境的亮度模式在視網(wǎng)膜上形成一系列連續(xù)變化的圖像，這一系列連續(xù)變化的信息不斷“流過”視網(wǎng)膜，好像是一種光的“流”，故稱這種圖像亮度模式的表觀運動為光流。國外的某些實驗室，已經(jīng)研制出了光流傳感器的物理樣機，并利用光流傳感器實現(xiàn)了無人駕駛飛行器的自主避障、等高飛行、自動著陸、風(fēng)速估計、 目標(biāo)檢測和空中懸停，這些技術(shù)在探測、救災(zāi)等方面將有非常重要的應(yīng)用價值。根據(jù)光流的定義和

圖1中所示的幾何關(guān)系，可得出光流的表達(dá)式為/ = ν^θ+ω⑴
h式中，f為光流(1/s)，ν為光流傳感器的水平速度(m/s)，h為光流傳感器距離地面的高度(m)，θ為光軸與鉛垂方向的夾角(rad)，ω為光流傳感器的旋轉(zhuǎn)速度(rad/s)。由式(1)可以看出，光流的測量值與光流傳感器的姿態(tài)、高度和速度耦合，同時光流傳感器具有體積小、重量輕、功耗低、可組網(wǎng)的特點，于是考慮將多個光流傳感器固聯(lián)在飛行器上，結(jié)合慣導(dǎo)器件——速率陀螺，利用多傳感器的信息融合技術(shù)，實現(xiàn)對飛行器姿態(tài)信息的估計，并利用估計信息實現(xiàn)飛行器的超低空突防任務(wù)。光流傳感器與慣導(dǎo)器件的結(jié)合布置如圖2所示。本發(fā)明一種光流多傳感器和慣導(dǎo)器件信息融合配置方法，該方法具體步驟如下
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步驟一針對需要安裝光流傳感器的飛行器，在鉛垂平面內(nèi)建立其線化擾動運動學(xué)方程；
權(quán)利要求
1.一種光流多傳感器和慣導(dǎo)器件信息融合配置方法，該方法具體步驟如下步驟一針對需要安裝光流傳感器的飛行器，在鉛垂平面內(nèi)建立其線化擾動運動學(xué)方程；
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光流多傳感器和慣導(dǎo)器件信息融合配置方法，其特征在于步驟二中所述的“多個光流傳感器”，其數(shù)量為2 4個。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光流多傳感器和慣導(dǎo)器件信息融合配置方法，其特征在于步驟二中所述的“多點布置”是指光流傳感器要安裝在飛行器的不同位置，典型位置是頭部、中間和尾部。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種光流多傳感器和慣導(dǎo)器件信息融合配置方法，其特征在于步驟二中所述的“距離要盡量遠(yuǎn)”是指安裝在頭部或者尾部的光流傳感器，在不影響其它機載設(shè)備的情況下，要靠近機體的最前端或者最后端，這樣就保證了頭部和尾部光流傳感器間的距離盡可能大些。
全文摘要
一種光流多傳感器與慣導(dǎo)器件信息融合配置方法，它有五大步驟一、針對需要安裝光流傳感器的飛行器，建立其線化擾動運動學(xué)方程；二、將光流傳感器全方位多點布置在飛行器上；三、根據(jù)各光流傳感器在飛行器上的安裝位置和方向，建立光流傳感器的量測方程；四、分別選用EKF即擴(kuò)展卡爾曼濾波法和UKF即無跡卡爾曼濾波法對飛行器的飛行狀態(tài)進(jìn)行估計；五、利用估計的狀態(tài)信息，實現(xiàn)飛行器的特定飛行任務(wù)。本發(fā)明使用多個光流傳感器和一個慣導(dǎo)器件，重量輕、體積小、功耗低，便于在飛行器上安裝布置，不對外輻射電磁信號，提高了飛行器的隱蔽性。它在飛行器姿態(tài)、飛行速度和高度的測量與估計技術(shù)領(lǐng)域里具有實用價值和廣闊地應(yīng)用前景。
文檔編號G01C23/00GK102506892SQ20111034914
公開日2012年6月20日 申請日期2011年11月8日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月8日
發(fā)明者劉小明, 邢曉嵐, 陳萬春 申請人:北京航空航天大學(xué)